[发明专利]一种高效稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于新型离子液体甲酸甲胺溶解卤化铅PbXsubgt;2/subgt;(X＝Cl、Br、I)，醋酸铅，硫酸铅等制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，属于光电子材料与器件领域。该发明将PbIsubgt;2/subgt;按照1‑1.5M的浓度溶解至甲酸甲胺溶剂中，利用加热旋涂法将其旋涂至已沉积有SnOsubgt;2/subgt;的ITO基片上，经过退火形成致密均匀且稳定的PbIsubgt;2/subgt;薄膜，然后将阳离子溶液旋涂在PbIsubgt;2/subgt;薄膜上，经过退火形成稳定的甲脒铅碘钙钛矿，整个过程完全在空气中操作。之后在薄膜上旋涂Spiro‑OMeTAD空穴传输层，再利用真空蒸镀技术蒸镀修饰层MoOsubgt;3/subgt;以及金属电极,完成器件的制备。

技术领域

本发明涉及一种基于新型离子液体甲酸甲胺制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池的制备方法，尤其是一种利用离子液体可实现在高湿度环境下制备高效率，高稳定性的甲脒基钙钛矿太阳能电池，属于光电子材料与技术领域。

背景技术

面对当前的能源紧缺问题，利用光生伏特效应将太阳能转化为电能，已成为满足能源需求的重要方法之一。近年来，钙钛矿太阳能电池以其成本低、制备工艺简单、光电转化效率高等优点吸引了人们的目光，短短几年间，其光电转化效率已经达到25.2％。但是由于制备过程需要氮气保护，需要在低湿度环境下操作，极大地限制了钙钛矿电池的商业化之路。

为了克服这种不便的操作，科研人员做了大量的工作，包括使用添加剂工程、使用疏水性保护或者在干燥房间制备，这些工作虽然提升了电池的效率和稳定性，但是依旧不利于大面积产业化生产，主要因为其所使用的溶剂是有毒的有机溶剂，制备过程对人员身体伤害极大。

现在人们用一些低毒性的溶剂来作为钙钛矿的前驱体溶剂，比如乙腈，甲胺等。研究人员还发展了离子液体醋酸甲胺作为溶剂，成功在空气环境中制备出了高效率，高稳定性的钙钛矿太阳能电池，挖掘离子液体在钙钛矿光电器件中的巨大潜力。目前的文献报道中钙钛矿中传统溶剂的使用居多，甲酸甲胺还未曾应用于作为钙钛矿前驱体的溶剂。本发明研究首次在钙钛矿中将甲酸甲胺作为溶剂，并对钙钛矿薄膜、器件的性能的变化及相关机制原理进行相应探究，相比于传统的DMF/DMSO以及醋酸甲胺溶剂体系，甲酸甲胺溶剂体系的器件性能和稳定性都有了一定的提升。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对甲脒基钙钛矿薄膜在高湿度条件下极易转变为黄色非钙钛矿相，降低薄膜的稳定性和器件效率的问题，提出一种基于新型离子液体甲酸甲胺溶解碘化铅制备高效稳定的甲脒基钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于新型离子液体甲酸甲胺制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，

(1)将甲酸和甲胺按照摩尔比1:1混合搅拌制备出甲酸甲胺；

(2)离子液体甲酸甲胺溶解卤化铅PbX2(X＝Cl、Br、I)，硫酸铅或醋酸铅制备前驱体溶液旋涂在电子传输层得到稳定的钙钛矿薄膜；

(3)用步骤(2)中的钙钛矿薄膜制备钙钛矿太阳能电池，依次包括:ITO导电基板、电子传输层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层、真空蒸镀修饰层和金属电极。

优选的，包括以下步骤：

(1)将甲酸和甲胺按照摩尔比1:1混合搅拌制备出甲酸甲胺；

(2)将碘化铅按照1-1.5M的浓度溶解在甲酸甲胺溶剂中，配制成PbI₂前驱体溶液，然后50-70℃搅拌6-12小时；

(3)FAI、MAI和MACl按照1:0.02-0.08:0.1的比例溶解在异丙醇中配制成阳离子溶液，常温搅拌2-8小时；

(4)将电子传输材料旋涂在ITO导电玻璃上；